흐르는 유체 내부의 물체가 받는 압력 질문
안녕하세요
위의 그림처럼 정지한 유체 내부에 있는 물체는
모든 방향으로부터 압력을 받는다고 합니다
그렇다면 강물처럼 흐르는 유체 내부에 돌멩이 하나가 유체의 흐름과 함께 움직이고 있다고 할때요
그럴 때도 돌멩이는 모든 방향으로부터 압력을 받을까요?
궁금합니다
안녕하세요.
정지한 유체 내의 물체는 모든 방향에서 동일한 압력을 받습니다. 이는 유체 정역학(Hydrostatics)의 기본 원칙 중 하나로, 유체 내 압력은 위치와 관계없이 등방성(isotropic)으로 작용합니다. 그러나 유체가 흐르는 상황에서는 물체가 받는 압력 분포가 달라지며, 이는 유체 동역학(Hydrodynamics)과 관련된 복잡한 상호작용을 포함합니다.
흐르는 유체 내에서 물체가 받는 압력은 베르누이 방정식(Bernoulli`s Equation)을 통해 설명될 수 있습니다. 베르누이 방정식은 유체의 압력, 속도, 위치 에너지 간의 관계를 나타내며, 다음과 같은 형태로 표현됩니다 :
P + (1/2)ρv² + ρgh = constant
여기서 P는 압력, ρ는 유체의 밀도, v는 유체의 속도, g는 중력 가속도, h는 높이를 나타냅니다. 이 방정식에 따르면 유체의 속도가 증가할수록 압력은 감소하고, 유체의 속도가 감소할수록 압력은 증가합니다.
따라서 흐르는 유체 내에서 물체가 받는 압력은 유체의 속도 변화에 따라 다릅니다. 예컨데, 강물처럼 흐르는 유체 내에 있는 돌멩이는 유체의 흐름과 상호작용하여 물체의 앞면과 뒷면에서 다른 압력을 경험하게 됩니다. 물체의 앞면(front)은 유체의 흐름을 방해하여 높은 압력을 받고, 뒷면(back)은 상대적으로 낮은 압력을 받습니다. 이러한 압력 차이는 유체 역학에서 항력(drag force)과 양력(lift force) 등의 개념과 밀접하게 관련되어 있습니다.흐르는 유체 내부의 물체는 3가지 압력을 받습니다
1. 정압 : 유체가 정지한 상태에서 받는 압력
2. 동압 : 유체의 흐름에 의해 받는 압력
3. 위치 차이에 의한 압력 : 물체가 유체 내에서 위치하는 높이에 의해 받는 압력
따라서 질문하신 내용에 대해 답해보면 정지한 유체에서와 동일하게 모든 방향에서 압력(정압)을 받습니다. 추가로 동압과 우치 차이에 의한 압력도 받습니다.
감사합니다